大兴川水电站设计洪水复核计算

孙 依，王 洁，于得万

(吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021)

1 工程概况

大兴川水电站工程位于二道松花江干流中游，在汉阳屯水文站下游3.7km处，所辖吉林省延边朝鲜族自治州安图县两江镇大兴川村。二道松花江发源于长白山天池，是松花江南源的两大支流之一。坝址地处东经127°55′～127°56′，北纬42°40′～42°41′，坝址以上河流长128.9km，河道平均比降为5.1‰，流域面积8571.5km2，属于山区地形。本工程以水力发电为主，坝址上游30.2km处有两江水利枢纽工程，两江电站于1999年12月份竣工并运行发电。

大兴川水电站总库容9102×104m3，坝型为混凝土重力坝，最大坝高33.0m。坝后厂房装机容量48.5MW，多年平均发电量为15168.3万kW·h，保证出力为4.98MW，装机利用小时为3160h。

本工程由重力坝、溢流坝、坝后式厂房、升压站及送出线路等组成，工程规模为中型工程，工程等别为Ⅲ等，挡水坝、溢流坝为3级建筑物，坝后式电站厂房为4级建筑物。重力坝、溢流坝洪水标准为：校核洪水标准采用500年一遇(P=0.2%)，设计洪水标准采用50年一遇(P=2%)；泄水建筑物消能防冲的设计洪水标准为30年一遇(P=3.3%)；坝后式电站厂房为非挡水部分，主、副厂房，进厂交通，升压站等的校核洪水标准为100年一遇(P=1%)；设计洪水标准为50年一遇(P=2%)。大兴川水电站主要特征值见表1。

表1 大兴川水电站主要特征值表

2 流域概况

大兴川电站坝址以上有两大河流，分别为二道松花江和古洞河。二道松花江发源于长白山天池，海拔高程为2696m，自发源地北流至松江镇附近逐渐折向西流，并先后有四道、三道、二道白河和头道白河等支流于左岸注入，在两江口与古洞河汇合后，经汉阳屯转向西北，进入白山水库。古洞河发源于和龙市西城镇甑峰岭山脉老爷岭东脊，自发源地向北流，并先后有小蒲柴河、大蒲柴河和较大支流富尔河注入。富尔河发源于敦化市大蒲柴河镇富尔岭鸡爪顶子山东北，自发源地流向东南，与古洞河汇合后，在安图县两江镇四岔子屯北注入二道松花江。

大兴川电站坝址以上流域地处长白山山脉的西北坡，属于高山峡谷区，山峰层叠，林深草密，郁郁葱葱。地势由东南长白山主峰区向西北递减，沟谷发育，下切较深，多成V形河谷，到松江镇附近较为宽阔。坝区右岸为高山陡石砬子，左岸为高山区，河道坡度较缓，水流稳定。库区以上为高山丘陵区。二道松花江上游流域水系如图1所示。

图1 二道松花江上游流域水系图

3 设计洪水计算

3.1 水文资料

二道松花江流域内的水文站大都建于50年代。电站上游有汉阳屯、松江水文站，古洞河上有大甸子水文站，富尔河上有大蒲柴河水文站和两江口水位站。各水文站观测资料系列表见表2。

表2 水文站观测资料系列表

汉阳屯水文站是本流域资料系列最长的测站，具有1953～2013年共计61年的洪水资料，其它各站由于实测流量资料系列长短不一，在以往历次流域规划和工程设计中均进行了插补。本次计算在大兴川水电站初步设计的基础上，将洪水系列延长至2013年。

3.2 历史洪水

3.2.1 2010年7月洪水分析

2010年7月28日洪水为特大洪水，超过了水文站的测洪能力，水位过程均为实测，洪峰流量系洪水过后调查确认，洪水过程根据水位流量关系推算而得，所以通过上下游合检和径流系数分析来验证成果的合理性。

(1)根据白山水库入库流量、头道松花江高丽城子站、二道松花江汉阳屯站流量过程进行合检，如图2所示。

由图2可以看出，各站流量过程基本相应合理，白山水库最大入库流量13200m3/s，高丽城子+汉阳屯最大流量为11300m3/s，相差1900m3/s，洪峰流量基本合理。白山水库入库水量为25.11×108m3，高丽城子+汉阳屯洪水总量为21.48×108m3，相差3.63×108m3，白山水库坝址以上集水面积19000km2，高丽城子+汉阳屯集水面积13260km2，因此从洪水总量上看，成果合理。

(2)根据大蒲柴河(大)、大蒲柴河(小)、大甸子、永庆等站流量过程进行合检。如图3所示。

根据流量过程线合理性检查图，2010年7月25～31日流量过程基本合理。

珍珠门电站位于富尔河大蒲柴河(大)站下游，调查最大流量为3960m3/s，大甸子站最大流量3070m3/s，永庆站最大流量675m3/s，两江口站位于古洞河最下游，经吉林省水文局调查最大流量7900m3/s，最大流量合成基本合理。

图2 白山水库入库流量及各站流量过程合检图

图3 流量过程线合理性检查图

两江电站位于二道松花江汉阳屯站、古洞河汇河口上游，实测最大出库1340m3/s，两江口站调查最大流量7900m3/s，汉阳屯站最大流量9700m3/s，最大流量合成基本合理。

因此根据以上合理性检查分析，本次2010年7月28日大洪水古洞河上游珍珠门电站、富尔河一级电站、古洞河一级电站等无调蓄作用，汉阳屯站以上各工程已经采取措施基本没有洪水滞蓄情况，因此汉阳屯站洪水无需还原，最大洪峰流量为9700m3/s基本合理。

3.2.2 历史洪水及重现期

根据吉林省水利厅主编出版《吉林省年洪水调查资料》成果，本流域调查到的历史洪水最早为1914年，更远的历史洪水由于人烟稀少，已无法调查清楚。本次加入2010年和2013年大洪水后，2010年洪水是二道松花江流域有记载以来的首位最大洪水，也是其下游松花江白山、丰满首位大洪水，故本次按1914年以来的首位洪水考虑。2013年洪水主要发生在两江水电站和两江口以下至汉阳屯之间区域内，对松江、大甸子和大蒲柴河影响不大。从洪水量级上来看，汉阳屯站2013年洪峰流量4840m3/s，比1960年洪水增大34.4%，两江口站2013年洪峰流量3200m3/s，比1960年洪水增大52.4%；在以往资料中，1960年洪水定位处理仅次于1914年洪水，将2013年洪水按1914年以来的第二位洪水处理，在频率曲线适线中，2013年洪峰、各时段洪量重现期均相当于50年一遇，统计参数比较协调，故排位基本合理。各参证站历史洪水重现期及洪水处理情况详见表3。

表3 各参证站历史洪水排位表

3.3 洪水复核计算

本次大兴川洪水复核计算将流域内的5个参证站资料系列延长至2013年，根据统计参数进行频率计算。汉阳屯、大蒲柴河、大甸子站Qm、W24、W3、W7按不连序系列计算，二道白河按连序系列计算，洪水取样按6～9月年最大值法独立选样，少数发生在4、5月末较大的雨洪也参加了取样。

3.3.1 不连续系列

a个特大洪水经验频率计算公式：

(1)

n-1连序洪水的经验频率计算公式：

(2)

(3)

变差系数:

(4)

3.3.2 连续系列

(5)

(6)

(7)

式中，a—特大洪水个数，其中包括发生在实测系列里中的l项;N—首位洪水的重现期；n—实测洪水系列项数；l—实测系列中抽出作特大值处理的洪水项数；Xi—特大洪水(=1、2、3……a)；Xj—一般洪水(i=l+1、l+2…n)。

理论频率曲线采用P-Ⅲ型曲线，偏态系数Cs采用与变差系数Cv的经验倍比关系，用经验适线法适线。

主要设计依据站汉阳屯水文站Qm、W24、W3、W7频率曲线如图4～7所示，由于大兴川坝址上游32km处有两江水利枢纽工程一座，该水利枢纽自1999年12月开始运行发电。两江水利枢纽工程是一座以发电为主的水利工程，对洪水基本没有调蓄作用。因此，本次大兴川电站坝址处的设计洪水直接采用汉阳屯水文站的洪水统计参数，大兴川水电站洪水复核成果表及设计洪水成果比较表见表4～5。

表4 设计洪水复核计算成果表

图4 汉阳屯站Qm频率曲线(1953～2013)图5 汉阳屯站W24频率曲线(1954～2013)图6 汉阳屯站W3频率曲线(1954～2013)图7 汉阳屯站W7频率曲线(1954～2013)

表5 设计洪水成果比较表

由表5可以看出，本次洪水复核成果比大兴川水电站原初步设计成果大，其原因是2010年、2013年二道松花江流域发生了大洪水，使得设计洪水成果比原初步设计成果大很多，因此，洪水采用本次复核计算成果。

3.4 设计洪水过程线

3.4.1 典型洪水过程线的选取

根据SL44- 2006《水利水电工程设计洪水计算规范》要求，典型洪水过程线的选取原则，选取实测资料可靠、峰高量大、对工程防洪较为不利的洪水过程线作为典型洪水过程线。

大兴川电站坝址典型洪水过程线根据汉阳屯水文站实测的大洪水资料分析，选择2010年7月下旬洪水作为典型洪水过程线，本次洪水的特点是古洞河流域峰高量大，占洪水的主要部分，二道松花江两江电站以上洪水占次要部分。

3.4.2 设计洪水过程线的放大

控制点设计洪水过程线采用同频率峰、量控制放大，洪水过程线历时为7d，时段为3h。大兴川电站坝址设计洪水过程线，采用洪峰、24h、3d和7d洪量同频率控制放大，并对放大后的洪水过程线进行修匀处理，设计洪水过程线如图8所示。

图8 大兴川水电站坝址设计洪水过程线

3.5 成果合理性检查

(1)本次洪水复核计算各站观测资料年限较长，观测资料均在40年以上年。满足SL44- 2006要求。

(2)本次设计采用的参证站资料均有历史洪水调查资料。历史洪水调查的比较清楚，洪水重现期确定的比较合理。

(3)成果采用。大兴川电站初步设计阶段系列至2005年，本次洪水复核将各参证站洪水系列延长至2013年，经设计洪水复核，参证站设计洪水成果都比初步设计成果大，因此，从工程安全考虑，洪水成果采用本次复核成果。

4 结语

设计洪水复核计算是保障水利工程防洪安全的重要基础和依据，由于大兴川水电站原初步设计洪水计算时该流域没有发生历史最大洪水，设计洪水成果偏小，本文通过汉阳屯、两江口、大甸子、大蒲柴河、松江5个水文站的资料系列，加入历史特大洪水成果对大兴川水电站进行了洪水复核计算，保证了大兴川水电站的工程安全，为电站的加固设计提供了重要保证，也为大兴川水电站今后的防洪调度工作提供了重要的基础数据。